丹江口水库浸没区判别方法及浸没程度评价.docx

丹江口水库浸没区判别方法及浸没程度评价第42卷第7期 2011年4月 人民长江 YangtzeRiver Vo1.42,No.7 Apr.,2011 文章编号:10014179(2011)07001905 丹江口水库浸没区判别方法及浸没程度评价 郑新,张丙先,邓争荣,曹道宁 (长江勘测规划设计研究有限责任公司长江岩土工程总公司,湖北武汉430010) 摘要:丹江口水库大坝加高后,其正常蓄水位附近分布的级阶地及其他平缓地段存在浸没问题,给当地农作 物及建筑物带来危害.以浸没区基本特征为判断依据,在对水库浸没区进行初步判别和复判后,根据测区水 文地质条件确定了产生浸没的临界地下水位,针对不同的地层结构确定了地下回水位的预测原则,并对浸没 程度进行分级.选取典型浸没区进行了浸没评价,提出对浸没轻微地区采取排水减压措施,对浸没中等地区 采取排水减压与改换农作物品种等措施,时浸没严重地区可采用彻底,可靠的压渗填高复垦方案,以降低浸没 的影响. 关键词:浸没区;判别方法;浸没评价;治理措施;丹江口水库 中图法分类号:TV697文献标志码:A 丹江口水利枢纽位于湖北省丹江口市,丹江人汉 江河口下游800m处,控制流域面积95200km.作 为南水北调中线水源工程,丹江口大坝加高后,设计正 常蓄水位170m,汉库回水至大磨沟,库长181km,丹 库回水至磨峪湾,库长93km.水库正常蓄水位附近 分布的级阶地及其它平缓地段,存在浸没问题. 1浸没区基本特征及初判 丹江口水库浸没区的基本特征为:地形平坦,地面 高程一般在170.0186.2m,第四系冲积层(alQ:)成 片分布,岩性为粉质粘土,粉质壤土,壤土,砂壤土,砾 质土,粉细砂,砂,砾砂,局部分布人工堆积(rQ)土夹 碎石.浸没区范围内建筑物主要为民房及办公楼,农 作物主要为小麦,玉米,豆类及蔬菜. 丹江口水库蓄水至170.0m时,水库周边潜水浸 润线上升逼近地面.初判时,根据下列标志之一,可判 定为易浸没地区J. (1)平原型库区的周边和坝下游,顺河坝或围堤 的外侧,地面高程低于库水位地区; (2)盆地型库区边缘与山前洪积扇,洪积裙相连 的地区; (3)潜水位埋藏较浅,地表水或潜水排泄不畅,补 给量大于排出量的库岸地区,封闭或半封闭的洼地,或 沼泽的边缘地区. 根据下列标志之一可判定为不易浸没地区. (1)库岸或渠道由相对不透水岩土层组成,或调 查地区与库水间有相对不透水层阻隔,且该不透水层 的顶部高程高于水库设计正常蓄水位; (2)调查地区与库岸问有经常水流的溪沟,其水 位等于或高于水库设计正常蓄水位. 根据以上标准对丹江口库区进行了浸没地质调 查,初步判断库区规模相对较大的可能浸没区19处, 见图l. 2浸没区复判 水库浸没区的复判应根据当地浸没的临界值与潜 水回水埋深之间的关系确定,当预测的潜水回水位埋 深小于浸没的临界地下水位埋深时,该区为浸没 区引. 2.1临界地下水位埋深的确定 根据测区的水文地质条件,按下式确定地表土体 收稿日期:20101126 作者简介:郑新,男,工程师,主要从事水利水电工程地质勘察及咨询方面的工作.Email: 20人民长江 利于植物根系的呼吸和生长,土体饱 和度大于或等于80%的顶部距地下 水位的高度可作为毛细水的饱和带, 其高度可作为粉质壤土和粉质黏土 毛细水上升高度的参考值.对于砂 性土,野外试验受试验条件,天气等 因素影响较大,试验数据比有关经验 值小.另外,通过对当地农业科研部 门的走访调查,土壤的毛细水上升高 度值均大于野外试验数据. 丹江口水库浸没区土的毛细水 上升高度主要依据当地经验,并结合 试验数据特征取值,见表1.对于人 工堆积(rQ)的土夹碎石毛细水上升 高度,因其碎石的含量不同而有较大 差异,这里将其按砂壤土和砂进行类 比取值. 图1丹江口水库浸没区地理位置分布(2)安全超高值的选定.安全 1.市,县城;2.乡镇,村;3.国道;4.县乡公路;5.铁路;6.河流及水库;7.丹江口水库大坝;8.浸超高值(H),对于农作物区为农作 没区物根系层厚度;居民区取决于基础荷 产生浸没的临界地下水位埋深(H.):载和基础砌置深度. H=Hk+月(1) 式中,为土层毛细水上升高度,m;日为安全超高 值,主要指根系层厚度或建筑物基础埋深,m. (1)毛细水上升高度的确定.土的毛细水上升高 度(日)一般较难准确确定,工程实践中多采用经验 值.为了解区内分布较广的粉质壤土和粉质黏土的毛 细水上升特性,分别在曹家庄一周凹和钟观测区进行 野外天然含水量测试,其土体饱和度随深度的变化曲 线见图2. 图2土体饱和度随地下水位埋深变化趋势曲线 由图2可知,粉质壤土和粉质黏土在地下水位以 上饱和度为80%的高度分别为1.72,1.95m.在非盐 渍化地区,考虑到饱和度大于或等于80%的土壤已不 表1土体毛细水上升高度建议值 士体名称毛 / 上 m 升土体名称毛 粉质黏土2.5砾质土1.8 粉质壤土2.2粉细砂1.5 壤土2.0砂,砾砂0.50.8 砂壤土1.8(人工堆积)土夹碎石0.81.8 通过对各浸没区的调查,区内农作物主要为小麦, 其次为玉米和豆类作物,近城镇区域种植有蔬菜.主 要作物的根系层厚度分别为:小麦1.01.2m;玉米 0.81.0m;豆类1.01.5m;蔬菜0.50.8m. 各测区居民区一般分布较零散,多为12层建 筑,一般采用毛石混凝土基础,埋置深度0.51.0m. 部分集镇区建筑较集中,多为35层建筑,建筑物采 用砖混结构,基础设置圈梁,以增强建筑物的刚度,基 础埋深1.01.5m.个别高层建筑,基础置于砂卵石 或基岩中,浸没对建筑物稳定性影响不大. 综合考虑,对农业区安全超高值(日)按0.8 1.2m计;居民区安全超高值可根据不同建筑取1.0 1.5m. 根据上述分析,确定临界地下水位埋深,见表2, 临界地下水位埋深值可根据各浸没区的具体条件在表 中选取. 第7期郑新,等:丹江口水库浸没区判别方法及浸没程度评价21 表2临界地下水位埋深IIl 2.2地下水回水位预测 区内地下水多属潜水,库水位上升至高程170.0 m后,地下水水位将有一定变化.根据浸没区水文地 质条件,正常蓄水位170.0m条件下,不同水文地质结 构的地下回水位预测原则如下: (1)单一砂性土结构.土体属透水层,赋存地下 水为潜水.潜水位与河水位构成统一水面,潜水位略 高于河水位,地下水补给河水,潜水位随河水位涨落而 变化. 该类结构主要见于钟观,吴店的河漫滩和浪河,六 里坪的I级阶地等,一般分布范围狭小,且含水层属非 均质,水文地质参数有较大差异,高程170m水位下的 潜水位壅高计算受上述因素的影响大. 该类结构在水库蓄水前,后的水文地质条件及地 下水补排关系基本未发生变化.因此,根据有关经验, 地下水位预测按天然状态下的水力坡降推算,如图3. 图3单一砂性土结构潜水回水预测示意 (2)单一粘黏土结构.土体主要由相对不透水层 组成,无地下水含水层分布,仅在浅层土体中含上层滞 水,水量贫,补排不畅,无统一地下水位,水库蓄水后其 水文地质条件基本无变化.这类结构主要分布于岗坡 地带.见于上沟一李营,田庄一张垭庄一龚家庄,起坡 一 南沟,下岗一徐家村,马沟一柴坡一焦皮凹等测区. (3)双层结构.土体具有二元结构特征,上部黏 性土相对不透水层,下部为砂性土透水层,主要分布于 I,级阶地.赋存地下水多为潜水,与地表水水力联 系密切.该类结构分布较广泛,库水位上升至高程 170m且当黏性土底板在170m以上时,地下水仍为 潜水,其地下水位的预测按单一砂性土结构的预测方 法进行;当黏性土底板在170m以下时,地下水由潜水 变为承压水,但补排关系未发生变化,地下水位以相对 不透水层的底板为准. 2.3浸没程度分级 根据临界地下水位埋深值(H),通过对地下水 回水的预测,按有关规定浸没区的划分依据见表3. 由前述预测可知,可能产生浸没的区域主要为单 一 砂性土结构和上部黏性土较薄的双层结构,然后针 对可能产生浸没的区域的具体的地形地质特征,蓄水 后的地下水位及可能的危害程度等,将浸没区划分为 轻微,中等和严重等三个等级,分级原则见表4. 表3浸没区划分依据 地质 fi. 结 9Z 构地貌单元水库蓄水后水文地质条件示意图浸没区 单一砂性土漫滩及I级阶地砂性土具有良好的透水性,地下水见图4(a),六 里坪村,钟观,吴店,柳家泉,顾家营一盛湾等的漫滩和 I,级阶地前缘区域,其它地域不存在浸没问题. 22人民长江 表4浸没程度分级 水浸没影响程度 土层厚度等级一一 h<严重地表积水,土壤沼泽化或呈冷浸田,土地不能耕 种.可采取彻底,可靠的压渗填高复垦方案 h一中等土壤湿地化,影响耕种和建筑物稳定.通过地 表排水措施,或改换作物品种,可耕种 日.>h>Hk轻微地表土壤未见地下水渗出,但农作物生长受影 响.通过地表排水措施,可耕种 注:表中h为地下水位埋深,日k为毛细水上升高度,H为临界地下水 位埋深. 3典型浸没区地质条件及评价 对经过复判确定的7处存在浸没问题的地区,小 店子村,浪河镇浸没区具典型代表性,以该两浸没区为 例进行浸没评价. 3.1典型浸没区概况 选取的浪河镇,小店子村两典型浸没区属于丹江 口市浪河镇辖区,分别位于丹江口库区汉江南岸支流 浪河左,右岸,通过汉十公路及襄渝铁路与外界相通, 交通方便. 区内有政府机关,商业市场,居民区和蔬菜,农作 物地.勘察区内建筑层数一般15层,基础埋置深度 1.01.5m.区内农作物为小麦和蔬菜,根系层厚度 0.81.2m 3.2地质条件 小店子村,浪河镇浸没区位于山间侵蚀一剥蚀盆 地边缘地带,浪河由近NEE向流入测区,于浪河镇东 侧渐变成Ew向后,流出测区,小河由南向北流经小 店子村东侧,于浪河镇东南侧汇入浪河.浪河,小河均 常年有水,河床地面高程分别为158165rtl和162 168m.沿浪河两岸主要发育二级阶地,见图5. I级阶地地面高程165.3170.5m,宽度50 430m.堆积物为全新统冲积层(alQ),表层为壤土, 下部为砂,砂砾石和漂卵石,厚度大于8m,具有弱一 强透水性.水文地质结构属单一砂性土类型,沿浪河 I级阶地呈带状分布. 级阶地地面高程前缘一般为169.5170.5m, 后缘为176181m,宽度50140m.地层为上更新 统冲洪积层(alplQ.),上部主要为粉质黏土,厚2.3 4.6m,渗透系数5.410一1.310一cm/s,具极 微透水性;下部主要为砂砾石,层厚大于6m.水文地 质结构属双层结构类型. 区内居民区分布人工堆积(rQ)的粉质黏土,碎块 石夹土和土夹碎块石,层厚1.01.7m,一般具有中 等一弱透水性. 测区地下水主要为潜水,赋存于全新统砂砾石和 漂卵石中,勘探期间I级阶地区地下水位埋深2.5 6.5m.地下水主要受上游地下水和上游河段河水的 图5小店子村,浪河镇浸没区地形地质简图 补给,排向浪河;II级阶地下部砂砾 石中地下水局部为承压水,承压水头 1.04.4m,水位168.5170.51”11. 地下水主要受山前洪积层孔隙水及 基岩裂隙水补给,排向I级阶地的潜 水含水层. 根据测区水文地质结构,预测库 水位上升到高程170m时,测区I级 阶地地下水位高程168.23170.2 m,位于砂壤土,壤土及土夹碎石层 中,埋深0.20.9In.1I级阶地下 部的承压水头略有升高. 3.3浸没评价 根据浸没临界地下水位埋深 (日)的确定原则.对于I级阶地, 地下水临界深度为:居民区2.8 3.3m,农作物区2.63.0m.对于 级阶地,承压含水层上覆粉质黏土 地下水临界深度为3.54.0m. 根据浸没区的划分依据,浪河左 第7期郑新,等:丹江口水库浸没区判别方法及浸没程度评价23 岸北东部I级阶地地势低洼,多位于吴淞高程170in 以下;南部级阶地地势较高且上覆粉质黏土层厚度 大,不会产生浸没;浪河右岸小店子村测区I级阶地预 测地下水位埋深小于1in,显然低于其临界埋深,属严 重浸没区.级阶地前缘粉质黏土层厚3.14.0m, 略小于其临界埋深,为轻微浸没区,如图6所示. 169 担 图6小店于,很河浸没区11工程地质剖面示意 1.全新统冲积层;2.上更新统冲洪积层;3.中元古界武当群;4. 粉质粘土;5.壤土;6.砂;7.砂砾石;8.漂卵石;9.片岩;tO.预测地下 水位线 (1)I级阶地严重浸没区.测区内有两片:一片 位于浪河大道以北与浪河之间区域,地面高程168.2 172.1in,面积0.269km;另一片位于小青路南段, 面积0.026km.合计面积0.295km.区内农作物 主要为小麦和蔬菜,建筑多沿小青路分布. 当水库蓄水至正常蓄水位后,预测农业区表层土 壤易积水,有湿地化趋势.居民区建筑潮湿,对居住环 境影响较大,地基土工程性质在水库蓄水前后变化不 大. 该区面积小,可采取加铺覆盖层和改变种植品种 的方法来利用该片土地,工程量亦不大.对于新建的 楼房,应采取墙体及地面防潮处理. (2)II级阶地轻微浸没区.沿浪河大道北侧及小 青路西呈狭长条状分布,地面高程170.7172.8m, 面积0.085km.区内农作物主要为小麦和蔬菜,建 筑物主要在浪河中学,其他地段建筑零星分布. 当水库蓄水至正常蓄水位后,预测区内地表无渗 水,但农作物正常生长受到一定影响.对居民区的建 筑物稳定和居住环境影响轻微. 该区面积狭小,可采取改变种植品种或设置排水 沟的方法来利用该片土地.建筑物可暂不做工程处 理,但蓄水后应作监测工作.对于新建的楼房,应采取 墙体及地面的防潮处理. 4结语 丹江口水库区蓄水浸没预测首先根据浸没的基本 特征,对浸没区进行初步判别,并进一步进行复判,为 确定类似水库浸没区的判别方法积累了经验.选取小 店子村,浪河镇浸没区根据地质条件进行浸没评价,建 议对浸没轻微地区采取排水减压措施,对浸没中等地 区采取排水减压与改换农作物品种等措施,对浸没严 重地区可采取彻底,可靠的压渗填高复垦方案,以降低 浸没的影响. 参考文献: 1杜胜华.丹江口水库库岸稳定性及浸没工程地质调查报告R. 武汉:长江水利委员会综合勘测局,2002. 2水力发电工程地质勘察规范(GB502872006)S.2008. 3郭伟.南水北调q-线水源工程丹江12库区浸没区初步设计阶段工 程地质勘察R.武汉:长江水利委员会长江勘测规划设计研究 院,2003.(编辑:赵风超) Judgmentmethodandinundation degreeevaluationforinundationareaofDanjiangkouReservoir. ZHENGXin,ZHANGBingxian,DENGZhengrong,CAODaoning (YangtzeGeotechnicalEngineeringCorporation,ChangfiangInstituteofSurvey,Planning,DesignandResearch,Wuhan430010, China) Abstract:TakingthecharacteristicsofinundationareaofDanjiangkouReservoirasjudgmentbasis,weperformrejudgment f0rtheinundationareaafterpreliminaryjudgment.Thecriticalgroundwaterleveldepthisdecidedbyhydrologicalgeologicalcon. ditioninthemeasuredarea,thepredictionprinciplesofbackedupgroundwaterlevelaredeterminedaccordingtostructuresof differentstrata,andtheinundationdegreesisclassified.Typicalinundationareaisselected,andwealsoproposesomemeasures toreducetheinfluencesofinundation,suchasdrainagefordecompressioninslightlyinundatedareas,drainagefordecompres. sionandreplacementofcropvarietiesinmediuminundatedareasandpressureinfiltrationllforreclamationinseriouslyin undatedareas. Keywords:inundationarea;judgmentmethod;inundationevaluation;treatmentmeasures;DanjiangkouReservoir lt; 前缘为潜水,水位髓库水位的升降变化 敏感.地下水排向水库 双层结构I级阶地和部分下部砂性土具有良好的透水性,地见图4(b)h< 级阶地下水为承压水,与地表水联系密切, 地下水排向水库 单一黏性土岗地无含水层分布,水库蓄水后其水文见图4(c)不易浸没 地质条件基本无变化 (a) 图4 上述初判的19处浸没区经复判后,有7处存在浸 没问题,判定的浸没区分布在小店子村,六里坪镇,六 里坪村,钟观,吴店,柳家泉,顾家营一盛湾等的漫滩和 I,级阶地前缘区域,其它地域不存在浸没问题. 22人民长江 表4浸没程度分级 水浸没影响程度 土层厚度等级一一 h<严重地表积水,土壤沼泽化或呈冷浸田,土地不能耕 种.可采取彻底,可靠的压渗填高复垦方案 h一中等土壤湿地化,影响耕种和建筑物稳定.通过地 表排水措施,或改换作物品种,可耕种 日.>h>Hk轻微地表土壤未见地下水渗出,但农作物生长受影 响.通过地表排水措施,可耕种 注:表中h为地下水位埋深,日k为毛细水上升高度,H为临界地下水 位埋深. 3典型浸没区地质条件及评价 对经过复判确定的7处存在浸没问题的地区,小 店子村,浪河镇浸没区具典型代表性,以该两浸没区为 例进行浸没评价. 3.1典型浸没区概况 选取的浪河镇,小店子村两典型浸没区属于丹江 口市浪河镇辖区,分别位于丹江口库区汉江南岸支流 浪河左,右岸,通过汉十公路及襄渝铁路与外界相通, 交通方便. 区内有政府机关,商业市场,居民区和蔬菜,农作 物地.勘察区内建筑层数一般15层,基础埋置深度 1.01.5m.区内农作物为小麦和蔬菜,根系层厚度 0.81.2m 3.2地质条件 小店子村,浪河镇浸没区位于山间侵蚀一剥蚀盆 地边缘地带,浪河由近NEE向流入测区,于浪河镇东 侧渐变成Ew向后,流出测区,小河由南向北流经小 店子村东侧,于浪河镇东南侧汇入浪河.浪河,小河均 常年有水,河床地面高程分别为158165rtl和162 168m.沿浪河两岸主要发育二级阶地,见图5. I级阶地地面高程165.3170.5m,宽度50 430m.堆积物为全新统冲积层(alQ),表层为壤土, 下部为砂,砂砾石和漂卵石,厚度大于8m,具有弱一 强透水性.水文地质结构属单一砂性土类型,沿浪河 I级阶地呈带状分布. 级阶地地面高程前缘一般为169.5170.5m, 后缘为176181m,宽度50140m.地层为上更新 统冲洪积层(alplQ.),上部主要为粉质黏土,厚2.3 4.6m,渗透系数5.410一1.310一cm/s,具极 微透水性;下部主要为砂砾石,层厚大于6m.水文地 质结构属双层结构类型. 区内居民区分布人工堆积(rQ)的粉质黏土,碎块 石夹土和土夹碎块石,层厚1.01.7m,一般具有中 等一弱透水性. 测区地下水主要为潜水,赋存于全新统砂砾石和 漂卵石中,勘探期间I级阶地区地下水位埋深2.5 6.5m.地下水主要受上游地下水和上游河段河水的 图5小店子村,浪河镇浸没区地形地质简图 补给,排向浪河;II级阶地下部砂砾 石中地下水局部为承压水,承压水头 1.04.4m,水位168.5170.51”11. 地下水主要受山前洪积层孔隙水及 基岩裂隙水补给,排向I级阶地的潜 水含水层. 根据测区水文地质结构,预测库 水位上升到高程170m时,测区I级 阶地地下水位高程168.23170.2 m,位于砂壤土,壤土及土夹碎石层 中,埋深0.20.9In.1I级阶地下 部的承压水头略有升高. 3.3浸没评价 根据浸没临界地下水位埋深 (日)的确定原则.对于I级阶地, 地下水临界深度为:居民区2.8 3.3m,农作物区2.63.0m.对于 级阶地,承压含水层上覆粉质黏土 地下水临界深度为3.54.0m. 根据浸没区的划分依据,浪河左 第7期郑新,等:丹江口水库浸没区判别方法及浸没程度评价23 岸北东部I级阶地地势低洼,多位于吴淞高程170in 以下;南部级阶地地势较高且上覆粉质黏土层厚度 大,不会产生浸没;浪河右岸小店子村测区I级阶地预 测地下水位埋深小于1in,显然低于其临界埋深,属严 重浸没区.级阶地前缘粉质黏土层厚3.14.0m, 略小于其临界埋深,为轻微浸没区,如图6所示. 169 担 图6小店于,很河浸没区11工程地质剖面示意 1.全新统冲积层;2.上更新统冲洪积层;3.中元古界武当群;4. 粉质粘土;5.壤土;6.砂;7.砂砾石;8.漂卵石;9.片岩;tO.预测地下 水位线 (1)I级阶地严重浸没区.测区内有两片:一片 位于浪河大道以北与浪河之间区域,地面高程168.2 172.1in,面积0.269km;另一片位于小青路南段, 面积0.026km.合计面积0.295km.区内农作物 主要为小麦和蔬菜,建筑多沿小青路分布. 当水库蓄水至正常蓄水位后,预测农业区表层土 壤易积水,有湿地化趋势.居民区建筑潮湿,对居住环 境影响较大,地基土工程性质在水库蓄水前后变化不 大. 该区面积小,可采取加铺覆盖层和改变种植品种 的方法来利用该片土地,工程量亦不大.对于新建的 楼房,应采取墙体及地面防潮处理. (2)II级阶地轻微浸没区.沿浪河大道北侧及小 青路西呈狭长条状分布,地面高程170.7172.8m, 面积0.085km.区内农作物主要为小麦和蔬菜,建 筑物主要在浪河中学,其他地段建筑零星分布. 当水库蓄水至正常蓄水位后,预测区内地表无渗 水,但农作物正常生长受到一定影响.对居民区的建 筑物稳定和居住环境影响轻微. 该区面积狭小,可采取改变种植品种或设置排水 沟的方法来利用该片土地.建筑物可暂不做工程处 理,但蓄水后应作监测工作.对于新建的楼房,应采取 墙体及地面的防潮处理. 4结语 丹江口水库区蓄水浸没预测首先根据浸没的基本 特征,对浸没区进行初步判别,并进一步进行复判,为 确定类似水库浸没区的判别方法积累了经验.选取小 店子村,浪河镇浸没区根据地质条件进行浸没评价,建 议对浸没轻微地区采取排水减压措施,对浸没中等地 区采取排水减压与改换农作物品种等措施,对浸没严 重地区可采取彻底,可靠的压渗填高复垦方案,以降低 浸没的影响. 参考文献: 1杜胜华.丹江口水库库岸稳定性及浸没工程地质调查报告R. 武汉:长江水利委员会综合勘测局,2002. 2水力发电工程地质勘察规范(GB502872006)S.2008. 3郭伟.南水北调q-线水源工程丹江12库区浸没